Come si formano ed evolvono le galassie? E in che modo i buchi neri supermassicci centrali si formano nelle galassie e influenzano i loro ospiti? Queste sono due delle grandi domande a cui gli astronomi di Tufts sperano di rispondere quando iniziano a usare un nuovo, strumento altamente sensibile che entrerà in funzione tra pochi anni su un famoso telescopio alle Hawaii.

Danilo Marchesini e Anna Sajina, entrambi professori associati, fanno parte di un grande gruppo internazionale responsabile della costruzione del Prime Focus Spectrograph (PFS) all'avanguardia, che sorgerà sulla vetta del Mauna Kea, Hawaii.

Il PFS impiegherà 2, 400 fibre ottiche nella parte superiore del telescopio Subaru da 8,2 metri esistente, permettendogli di prendere esposizioni simultanee di 2, 400 oggetti astronomici nel cielo notturno. Questi dati verranno inseriti in quattro spettrografi, ciascuno collegato a 600 fibre ottiche. Gli spettrografi separano la luce nelle sue diverse lunghezze d'onda, raccogliere informazioni sulla luce invisibile agli occhi. "Sono fondamentalmente costituiti da tre telecamere:una telecamera a raggi ultravioletti, una fotocamera ottico-visiva, e una fotocamera nel vicino infrarosso, "disse Marchesini.

I test inizieranno nel 2020, e il PFS dovrebbe essere completamente online alla fine del 2021 o all'inizio del 2022. Il team multinazionale che sta costruendo lo strumento è guidato da scienziati giapponesi, taiwanese, Brasiliano, Cinese, Francese, e istituzioni statunitensi, tra cui CalTech, Università John Hopkins, e Princeton.

Tufts fa parte del PFS Northeastern Participation Group (NEPG), i cui altri membri sono docenti dell'Università del Connecticut, l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, Università della Columbia, e l'Università di Pittsburgh. Marchesini è il presidente del NEPG e lo rappresenta come membro del comitato direttivo del PFS.

Far parte del team PFS significa che agli astronomi di Tufts sono garantiti da 300 a 350 notti di accesso allo strumento per un periodo di circa cinque o sei anni per una serie di esperimenti di ricerca, e avrà accesso immediato ai dati che vengono generati. Mentre Sajina e Marchesini stanno studiando la formazione delle galassie e accrescendo attivamente i buchi neri supermassicci, altri gruppi esploreranno le origini della materia oscura e dell'energia oscura, così come la storia della nostra Via Lattea e delle sue galassie satellite.

In astronomia, l'accesso a questi nuovi strumenti è molto richiesto, disse Marchesini. "Con Anna ed io che facciamo parte di PFS, ognuno di noi fondamentalmente ottiene quattro membri junior nel nostro gruppo di ricerca con lo stesso numero illimitato, accesso illimitato ai dati, che include postdoc, studenti laureati, e studenti universitari, "disse Marchesini.

Ciò espande notevolmente le opportunità per gli studenti e i postdoc di Tufts, chi avrà accesso ai dati generati dalla PFS e chi potrebbe anche potenzialmente prendere parte anche ad altre aree di ricerca sulla PFS. "C'è un intero nuovo mondo di scienza che può essere fatto qui a Tufts che prima non era disponibile in casa, "disse Marchesini.

Far parte di PFS e avere così tante notti di dati garantite aiuterà anche a cercare finanziamenti per altre ricerche astronomiche. "Poiché abbiamo già dati garantiti, non dobbiamo dimostrare all'agenzia di finanziamento che saremo in grado di ottenere tali dati all'avanguardia, " Disse Marchesini.

Ha notato che avere questo accesso al PFS si è già dimostrato vantaggioso. Sajina, chi è in anno sabbatico questo semestre facendo ricerca al CalTech, è il principale investigatore di un progetto di ricerca che utilizza il telescopio spaziale Spitzer della NASA, che è stato finanziato in parte sulla base della sua partecipazione PFS.

Buchi neri supermassicci e l'evoluzione delle galassie

Sajina e Marchesini hanno già piani dettagliati per le loro serate sulla PFS. Il loro primo obiettivo è usarlo per capire come si formano ed evolvono le galassie, e in particolare come i buchi neri supermassicci al centro delle galassie influenzino l'evoluzione delle intere galassie. Stanno osservando i cosiddetti nuclei galattici attivi, quando il materiale cade nei buchi neri supermassicci ed emette enormi quantità di radiazioni mentre lo fanno.

Utilizzeranno almeno 100 notti per studiare la connessione tra quei nuclei galattici attivi e l'evoluzione delle galassie. Fare quello, guarderanno la luce dalla parte dello spettro che è legata a quello che viene chiamato mezzogiorno cosmico, il periodo di formazione stellare attiva nell'universo circa 10 miliardi di anni fa.

Esamineranno anche come le galassie interrompono la loro formazione stellare, "per esempio, i meccanismi fisici per spegnere la formazione stellare, trasformandoli da galassie che formano attivamente stelle a galassie quiescenti, "disse Marchesini.

Sperano anche di scoprire come l'ambiente di una galassia la influenza. Le galassie non sono distribuite uniformemente nell'universo:c'è "una sorta di distribuzione delle galassie a ragnatela, con filamenti, — disse Marchesini. — Quando questi filamenti si uniscono, hai ammassi di galassie. Una grande domanda è come questo ambiente generale di grandi strutture influenzi l'evoluzione della galassia. Il PFS ci permetterà di indagare che, per la prima volta, a mezzogiorno cosmico."